淺談鋼筋混凝土橋梁安全問題與加固技術(shù)
2016-07-05
隨著交通運輸事業(yè)的發(fā)展，交通運輸量大幅度增長，行車密集及車輛載重越來越大，尤其是推行拖掛運輸和集裝箱運輸后，重型車輛日益增多?，F(xiàn)有公路橋梁中的相當(dāng)一部分（主要是50、60和70年代修建的橋梁）已滿足不了使用上的要求。公路橋梁造價昂貴，在公路運輸中發(fā)揮著重要的作用，但由于運營時間及設(shè)計施工等方面的原因，部分橋梁不適應(yīng)當(dāng)今經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，并出現(xiàn)各種病害和缺陷。采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)對恢復(fù)和提高舊橋的承載力和通行能力，延長橋梁的使用壽命，以滿足現(xiàn)代化交通運輸?shù)男枰?，對于我省相對貧困的省份，可以?jié)省大量資金和縮短建設(shè)時間，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。對于一座需要進(jìn)行加固的混凝土橋梁來說，首先需要對橋梁的技術(shù)狀況及其缺陷、病害進(jìn)行全面而細(xì)致的調(diào)查。
一、橋梁加固的目的與意義
1、橋梁加固的目的。自橋梁建成之始，不久就會產(chǎn)生已建橋梁的維修、改造和加固的需求，也就是針對已經(jīng)變舊的橋梁，不能滿足繼續(xù)使用的狀況進(jìn)行處理的方法。
2、橋梁加固的意義。橋梁加固后，可以延長橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿足交通量的需求，還可以緩和橋梁投資的集中性。加固橋梁可以預(yù)防和避免橋梁的坍塌造成物資損失和人身傷亡。
二、橋梁病害成因
在加固與補(bǔ)強(qiáng)之前，應(yīng)確定結(jié)構(gòu)的劣化和損傷的原因，以便確定維修加固方案。除有偶然荷載急劇作用于橋梁造成梁板斷裂等重大損壞外，常見的橋梁病害有裂縫、撞損、剝落、蜂窩、沖刷、鋼筋銹蝕等。其中裂縫是混凝土橋梁最常見的病害表現(xiàn)之一，是影響橋梁承載力和耐久性的重要因素?；炷亮芽p引起鋼筋保護(hù)層破壞，致使空氣侵人導(dǎo)致鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土構(gòu)件破壞的重要原因。造成以上病害的主要原因如下：
1、橋梁設(shè)計、施工及運營對橋梁的影響。在橋梁的建造過程中，設(shè)計不合理、截面尺寸和鋼筋配置不符合力學(xué)要求、施工質(zhì)量問題達(dá)不到設(shè)計要求、建筑材料使用不當(dāng)、品質(zhì)不良等等。這些方面如果出現(xiàn)問題將使橋梁在使用伊始就存在質(zhì)量隱患。橋梁在使用過程中，混凝土的干縮、徐變現(xiàn)象以及預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失不可避免，造成裂縫產(chǎn)生、構(gòu)件強(qiáng)度降低；同時，環(huán)境中有害的化學(xué)物質(zhì)會對結(jié)構(gòu)造成侵蝕，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低，鋼筋產(chǎn)生銹蝕。此外，交通超載、車輛的撞擊損壞、橋面磨損等人為因素的破壞是經(jīng)常發(fā)生的；嚴(yán)寒酷暑的溫度影響、洪水的沖擊、地震造成的破壞也不可避免。
2、環(huán)境因素對橋梁病害產(chǎn)生的影響。嚴(yán)寒酷暑的溫度、氣候、洪水的沖擊等橋梁外部環(huán)境對橋梁會產(chǎn)生影響，以致混凝土橋梁的劣化現(xiàn)象。多種原因相互作用，惡性循環(huán)，形成橋梁的劣化與損傷。常見的劣化現(xiàn)象有裂縫、撞損、剝落、蜂窩、沖刷、鋼筋銹蝕等。裂縫是混凝土橋梁最常見的劣化現(xiàn)象。鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土構(gòu)件破壞的主要原因。
3、超載超限對橋梁的危害。車輛的超載超限對橋梁的損傷很大，自06年以來，我市干線公路橋梁出現(xiàn)了不同程度的病害和損壞，橋面板嚴(yán)重坑洼不平，梁板出現(xiàn)較多的裂縫、斷裂、受力鋼筋外漏、銹蝕。車輛的超載超限已成為嚴(yán)重的公路橋梁的殺手。超限產(chǎn)生過大的彎矩和剪力使梁板產(chǎn)生過大彎曲變形和剪力破壞，產(chǎn)生彎曲裂縫，支座附近產(chǎn)生剪切裂縫。過大的荷載使裝配式板橋的鉸縫混凝土開裂，導(dǎo)致橋面橫向分布削弱，橋板承受荷載增加；嚴(yán)重時鉸縫混凝土破壞，形成單塊板受力，使橋板斷裂，產(chǎn)生險情，嚴(yán)重威脅橋梁和行車安全，如不及時采取措施，將形成事故。
4、地震對混凝土橋梁的破壞地震因其發(fā)生的突然性和巨大破壞力而被列為各種自然災(zāi)害之首。
三、鋼筋混凝土橋梁安全評估及加固原則
按照公路管理局公路養(yǎng)護(hù)管理部署和要求，對管養(yǎng)的橋梁進(jìn)行全面檢查、現(xiàn)場堪察，并對照《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》逐項登記，發(fā)現(xiàn)病害及時上報。對出現(xiàn)病害的橋梁認(rèn)真分析原因，在未施工維修加固前，實行跟蹤監(jiān)測并做好預(yù)防性的安全工作。
1、評估。為保障對現(xiàn)役橋梁的安全運營，管養(yǎng)單位必須建立有效的橋梁檢測和預(yù)警系統(tǒng)。定期對橋梁的劣化與受損情況進(jìn)行全面檢測，依據(jù)受損情況現(xiàn)狀進(jìn)行安全性評估，確定實際荷載能力，判斷是否對橋梁的承載力和耐久性構(gòu)成威脅。橋梁的承載力評估，我國目前主要采用檢測與計算相結(jié)合的方法對橋梁安全的承載力進(jìn)行評定。管養(yǎng)單位在日常管養(yǎng)過程中對管養(yǎng)橋梁主要按照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTGHll一204），對照橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)對管養(yǎng)橋梁按照五類橋梁的劃分進(jìn)行區(qū)分并分別采取養(yǎng)護(hù)措施。需要時委托具有橋梁檢測資質(zhì)的單位進(jìn)行檢測并采取措施進(jìn)行加固維修。
2、橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固原則。采用加固方案之前，須先考慮耗費少、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好耐久性等方面的要求。補(bǔ)強(qiáng)加固是通過加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來提高局部或整座橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固工作一般以不更改原結(jié)構(gòu)形式為原則，只有在較復(fù)雜的情況下，才可考慮更改結(jié)構(gòu)形式。如果采用補(bǔ)強(qiáng)加固的方式仍不能達(dá)到交通運輸要求，則必須考慮進(jìn)行重建橋梁的部分或全部。選擇橋梁加固方式時，必須考慮舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量，最好參考已經(jīng)成功完成補(bǔ)強(qiáng)加固的橋梁的施工。采用擴(kuò)大或增加橋梁構(gòu)件斷面的方法進(jìn)行加固前，應(yīng)考慮增加部分與原有部件的結(jié)合效果。
四、橋梁維修加固方法
通過對橋梁現(xiàn)狀、病害成因及可能的發(fā)展趨勢、橋梁使用狀況的科學(xué)分析，按照“安全、經(jīng)濟(jì)、實用、美觀”的維修加固原則，在橋梁加固方案的選擇、幾何尺寸的擬定上力求實用有效，同時考慮施工方法可行。對每座橋梁加固均嚴(yán)格按規(guī)范要求繪制設(shè)計圖紙，編報施工圖預(yù)算。對施工難度大、施工工藝復(fù)雜的橋梁進(jìn)行加固時，同時做好相應(yīng)的施工組織設(shè)計，確保維修加固質(zhì)量。下面是幾種常見橋梁病害處治方法： 1、基礎(chǔ)沖空。在沖空部位用灌注素混凝土填充，選擇的混凝土標(biāo)號不小于C20。
2、因地基不均勻沉降橋臺側(cè)墻開裂或外傾。采用支撐加固方法處理，即在側(cè)墻外傾處設(shè)置支撐墻。支撐墻常用漿砌片石或澆混凝土等材料修建。
3、主拱圈出現(xiàn)縱向裂縫的加固。常用的方法有拱背加固和拱腹加固兩種，應(yīng)考慮河道水流量、安全、交通等因素選擇加固方法。采用拱腹加固時，一是用拱肋橫系梁加固，可節(jié)約材料用量，降低費用；二是拱圈襯砌加固。
4、橋梁附屬設(shè)施及橋面系的損毀維修。橋梁附屬設(shè)施包括錐坡、橋頭護(hù)岸等，是最易遭受水毀損壞的部位，此類損毀主要采用原結(jié)構(gòu)修復(fù)方法處治。橋面系由于受到車輛和人為破壞，也會出現(xiàn)損壞，影響了橋梁的正常使用和行車行人安全。如橋梁欄桿、橋面鋪裝層的損壞。對此類病害，視其損壞程度、數(shù)量及原構(gòu)件的可利用價值，主要采用維修更換或拆除重建。
5、危橋的處理。根據(jù)《公路橋梁技術(shù)等級評定標(biāo)準(zhǔn)》，自2000年起，總段對管養(yǎng)的每座橋梁建立技術(shù)檔案，確定橋梁技術(shù)等級；對三、四類橋梁實行跟蹤管理。對確定為危橋的橋梁，一是實行限載、限速及安全警示；二是積極向上級業(yè)務(wù)部門反映，爭取資金投入。
五、橋梁加固施工質(zhì)量控制
1、嚴(yán)把圖紙審查關(guān)。從幾何尺寸擬定、力學(xué)體系分析、構(gòu)件組合型式，到施工因素影響均充分考慮，做到“精心設(shè)計”，并上報設(shè)計圖紙，請上級審查把關(guān)。
2、嚴(yán)把材料進(jìn)場關(guān)。在橋梁大中修工程施工中，對鋼材、水泥等外購材料要有產(chǎn)品合格和生產(chǎn)廠家的證明，進(jìn)場材料的規(guī)格型號必須符合設(shè)計圖紙規(guī)定；對砂石材料必要檢查其相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，確保材料質(zhì)量符合施工規(guī)范要求。
3、嚴(yán)把工藝操作關(guān)。從混凝土配合比的配制、鋼筋的焊接到構(gòu)件的澆筑等工序均嚴(yán)格把關(guān)，對關(guān)鍵工序、隱蔽工程實行全過程旁站，對混凝土采取抽取試件檢測。
4、規(guī)范施工管理。對大中修項目實行監(jiān)理模式和合同管理。通過近期對已維修加固橋梁使用情況、外觀質(zhì)量、老橋病害有無發(fā)展等現(xiàn)場檢查可以看出，維修加固效果顯著，滿足了橋梁的正常使用要求。
六、結(jié)束語
由于橋梁病害發(fā)生的不確定性，橋梁維修加固又無現(xiàn)成的理論體系，因而橋梁維修加固工作是項探索性、實踐性較強(qiáng)的工作。只有不斷地積累經(jīng)驗，總結(jié)分析后期的使用效果，才能判斷維修加固方法的科學(xué)性、適用性和針對性。隨著我國橋梁建設(shè)的發(fā)展以及現(xiàn)有橋梁的老化，安全評估和加固補(bǔ)強(qiáng)必將成為橋梁工程中的一門新興學(xué)科，推動橋梁工程發(fā)展特別是橋梁的加固技術(shù)要求新工藝、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)。隨著科研工作的不斷深入以及廣大科研設(shè)計等人員的共同努力，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用將在今后的橋梁加固改造中發(fā)揮日益重大的作用。
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